连云港埒子口海域潮动力特征及其变化

为研究连云港埒子口海域潮流动力特征及其对周边海岸工程的响应,以及为治理埒子口闸下淤积问题提供参考,建立了基于有限体积法离散二维浅水方程的数值模型。采用实测水文资料对模型率定和验证,应用模型分析埒子口潮流动力特征和建设徐圩港防波堤和灌河口导堤后埒子口海域潮流动力的变化。模拟结果表明,建设工程后潮流动力变化较大,埒子口海域涨急流和落急流方向改变,涨、落潮平均流速均减小,距离工程区域越近,流速变化越大。埒子口海域潮流动力减弱将会加重上游挡潮闸的闸下淤积问题,致使埒子口排水不畅,进而增加沂北地区的洪涝风险,所以,相关部门应及时采取措施,保证埒子口排涝畅通。     

动边界技术在POM模型中的研究与应用

POM(Princeton Ocean Model)是基于原始方程组的三维斜压海洋模型,其垂向采用σ坐标,便于引入大陆架地形,因此被广泛地应用于河口近岸海域的潮流数值模拟中。但是POM采用固定边界,无法模拟河口近岸海域由于涨落潮而引起的漫滩流。本文概述了国内外动边界技术的研究进展,分析了各种方法的利弊,提出了一种适合于POM模型的干湿法动边界处理技术。该方法以单元为干湿判断对象,保证了水量平衡和计算精度。将该动边界技术引入POM模型中,成功地模拟了南通海域的潮流场,较好地重现了涨落潮造成的潮间带间歇性出没。验证结果表明计算值与实测值吻合较好,真实地反映了该海域的水动力特征。     

江苏岸外辐射沙脊群烂沙洋潮流通道稳定性研究

烂沙洋潮流通道是江苏岸外辐射沙脊群内一条涨落潮流速大的潮流通道。利用其天然深水航道,可建设深水大港。为论证烂沙洋潮流通道的稳定性,在实测资料的基础上结合多种研究分析方法主要包括遥感影像分析、地理信息系统、沉积物粒度、主元素分析及水动力条件分析等对该地区进行了综合调查研究。研究结果表明。烂沙洋潮流通道从整体上讲是一条稳定的潮流通道,沉积动力条件较稳定,适宜建港,但在建港时仍需慎重地采取必要的工程措施以减轻西太阳沙北侧周期性冲刷现象。     

群岛峡道浓盐水排放扩散的三维数值模拟

采用三维潮流温盐数学模型对六横岛附近海域的水动力环境及盐度场分布进行数值模拟,并以实测资料进行验证,所建立模型可以较好地反映该海域潮流动力特征及盐度场的分布情况。利用验证后的三维数学模型,对海水淡化工程浓盐水排放后盐度场分布进行计算,将排放后的盐度分布与工程前进行对比分析,并推算盐升面积及垂向盐度增量。结果表明,海水淡化工程排放的浓盐水对六横岛海域盐度分布的影响主要集中在排水口附近的底层,影响区域呈带状分布,最大盐度增量为1.2左右,且排水口附近海域出现盐度垂向分层。     

潮流能水轮机水动力分析方法

潮流水轮机是潮流能转换装置的核心装备,潮流水轮机水动力性能和载荷则是潮流能转换装置总体设计和结构设计的基本依据。到目前为止,流动分离、流固耦合、空化以及复杂环境条件等强非线性因素对潮流水轮机水动力的影响仍然是一个值得研究的问题。本文基于哈尔滨工程大学在潮流能利用技术领域多年的研究成果,对潮流水轮机在均匀流水动力分析和流固耦合分析的不同数值方法及相关计算结果进行了回顾和对比分析,并提出了一种水轮机波浪载荷的计算模型。     

秦皇岛河流-海岸水动力和水质耦合模拟分析

基于MIKE FLOOD建立秦皇岛入海河流及其近岸海域一维、二维耦合河流-海岸水动力和水质模型,研究了秦皇岛海域和入海河流的水动力和污染物分布规律。结果表明:(1)海域潮流为半日潮,其中石河口南北支入海口流速变化过程差别较大,但水位变化过程基本一致;(2)整体上河流入海口化学需氧量(COD)与流速呈正相关关系;(3)COD在近岸海域的扩散方向与涨落潮潮流方向一致,各入海河口海域落潮流期间的COD高于涨潮流。如上结论为赤潮爆发机理和应急处置研究提供科学依据和技术支持。     

青岛胶州湾大桥建设对周边海域水动力环境影响的数值研究

应用MIKE21建立胶州湾平面二维潮流模型,对青岛胶州湾大桥建设前后胶州湾内的潮流场进行数值模拟,探讨了青岛胶州湾大桥建设对周边海域的潮位、潮流、潮通量等水动力环境的影响。通过胶州湾大桥两侧的连续实测海流、潮位资料与模拟结果进行比较,可以看出两者趋势基本符合,说明该模型能够较精确地反映胶州湾大桥建设前后的潮流场分布情况。计算结果表明,大桥的建设具有一定的阻流作用并减小了过水断面,从而对周边海域的水动力环境产生一定的影响,但对胶州湾整体潮流场改变较小,影响范围限于桥位南北1.5km范围内。     

考虑植物影响的波浪和波生流迭加条件下水动力特性数值模拟研究

海岸湿地是近海地区重要的生态系统,由于潮流、波浪尤其是非连续水流与植被的相互作用,导致该海域的水动力环境复杂多变。本文发展了一个深度平均二维波流耦合数学模型,模拟湿地海域波浪和波生沿岸流的运动特性。水动力模型中植物拖曳力作为源项放入动量方程中,在波浪作用量平衡方程增加波能耗散项用于解释水生植物对波浪产生的阻力作用。在动态耦合模型中,波浪模型为潮流模型提供波浪辐射应力、波高、波浪周期等数据信息,潮流模型为波浪模型提供计算的水位和流速,可以达到双向动态耦合。本文发展的波流耦合模型通过三个实验室试验数据加以验证,计算结果和实验数据吻合较好,在波浪、波生流和植物迭加条件下,所建模型能够有效地模拟波浪、沿岸流等不同现象。     

千里岩岛西部人工鱼礁建设对周边海域水动力影响的数值模拟

通过建立Mike21FM模型,对千里岩西部人工鱼礁建设区域及周围海域的水动力情况的数值模拟进行研究,分别选取工程前后的涨急时刻和落急时刻的潮流流速进行求差,得出2个时刻的潮流流速变化等值线与分布范围。并选取720 h进行欧拉余流计算,对工程前后的余流流速进行求差,由此得出余流在工程建设后的变化情况。由此研究工程建设对周围海域水动力情况的影响,进而对鱼礁区选址的合理性,营养盐的流失或富集区域及水质的研究提供参考。研究表明,工程建设产生的阻流效果在工程内部区域可达0.4 m·s-1;涨急时刻潮流流速增大的区域位于工程区域南北两侧,0.05 m·s~(-1)面积约4.52 km2;涨急时刻潮流流速减少的区域分布于工程区域东西两侧,流速减少超过0.05 m·s-1的面积约4.28 km~2;工程区域内部余流流速减少均值在0.01 m·s-1左右,工程区域外周边海域余流流速整体增大,最大增值超过0.1 m·s-1的区域出现于工程东部,面积0.41 km~2。     

长江口涨、落潮槽底沙输移趋势探讨

选择长江口南港南小泓和南港主槽作为典型涨、落潮槽为研究对象，以2001年9月所采底沙的颗粒分析资料为根据，并结合实测水文、泥沙资料进行水动力分析，运用Gao-Collins粒径趋势分析模型分析了底沙输移趋势，结果表明：南小泓的底沙主要是来自口门附近，由于涨潮流强于落潮流而使底沙向上游输移，即SE—NW方向，而南港主槽的底沙主要来自上游，由于落潮流强于涨潮流而使泥沙向下游输移，即NW—SE方向。     

咸潮入侵理论预报模式的分析及其在西江三角洲的应用

基于不同要求的咸潮入侵理论模式较多。本文在河道地形概化的基础上, 综合考虑流量、潮汐、盐淡水混合类型及地形等因子, 建立起一个可以快速预报各水道日最大氯度及咸潮最大影响范围的模式, 并用于西江三角洲咸潮入侵的模拟和预报。结果表明, 模式可以很好地模拟西江三角洲各水道日最大氯度及咸潮入侵范围, 预报结果良好, 同时该模式也能较好地预报磨刀门水道剧烈的地形变化及其它要素，如流量、潮汐对咸潮活动的影响程度。今后仍需更多的实测资料或数学模型对其他因子进行更深入的定量化研究, 用来修正该预报模式, 以进一步提高模式的精度及可预报性。     

象山港溶解无机氮环境容量研究

综合考虑凫溪、颜公河、郭巨大碶等10个陆源污染物入海口的影响,建立了象山港三维水质模型并对该海域溶解无机氮(Dissolved Inorganic Nitrogen,DIN)时空分布进行了数值模拟。结合象山港海域功能区划要求,通过调整各入海口DIN最低排海浓度(Rmin)的取值范围设置了四类情境,基于排海通量最优化法计算了对应情境下象山港DIN的环境容量。结果表明,象山港DIN环境容量随Rmin的增大而减小,其范围介于127.16~274.17 t/a;同时Rmin的增大也导致各入海口DIN排海通量需要削减,按削减优先程度,可将各入海口划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四级,入海口所处海域水体半交换时间越长、DIN年排海通量越大,相应的削减优先程度越高。     

象山港电厂温排水的实测和数值模拟研究

为了研究象山港电厂温排水的热污染问题,对其附近海域的潮流和水温扩散进行了实测研究,给出了该海域潮流及水温扩散的特征。同时利用近海潮流模式(ECOMSED)建立了象山港潮流三维数值模型,对研究海域的潮流和水温扩散进行了模拟,得到了大小潮涨、落憩时刻的温升场的扩散范围,对比分析发现数模结果与实测结果符合较好。     

澳门内港水域低氧区空间分布及形成机制研究

澳门内港及附近水域(包括内港、筷子基北湾和南湾)历来是澳门海域富营养化最严重的区域, 水质恶化常引发大规模鱼类死亡。本文利用近10年的澳门水质监测统计数据, 采用三维水动力—水质模型模拟了澳门内港溶解氧的分布特征和水文动力过程。研究结果表明, 内港区低氧现象为澳门海域潮、径流物理及生化过程综合作用的结果。内港没有明显的外海往复流和水体层化现象, 其整体的弱动力和筷子基水域的半封闭造成污染物滞留作用, 是形成低氧区的关键物理机制。筷子基水体自身生化耗氧是导致内港低氧的驱动要素, 底泥耗氧进一步加剧了内港的低氧程度。     

江苏滨海工业园区排污口海域 COD 环境容量

本文以江苏滨海沿海工业园尾水离岸排放区为例,在参考和借鉴国内外海洋水环境容量研究成果和实践的基础上,综合分析离岸排放的特点,建立了基于物理扩散的离岸排放区COD三维对流-扩散运输模型。根据海洋水环境现状,按半径2 km设定排污区,排污区外边界按照二类水质标准确定水质标准控制点,计算出该海域COD在一级排放标准80 mg/dm3的条件下,允许的尾水最大排放量为不超过12×104t/d,由此确定出该离岸排放区COD基准剩余环境容量为不超过9.6 t/d。     

胶州湾大沽河口洪水期三维水沙数值模拟研究

大沽河是胶州湾最大的入海河流,每年都会给胶州湾带来大量泥沙。本文利用三维的ECOMSED水动力-泥沙数值模型对洪水期的大沽河进行了数值模拟,得到了洪水存在期间以及洪水结束后胶州湾的余流分布、大沽河河道上中下游各层盐度、泥沙浓度随时间变化的趋势以及入海冲淡水和泥沙对胶州湾的影响。     

Geomorphological control of subsurface hydrology in the creekbank zone of tidal marshes

A combination of field and numerical modeling methods was used to assess porewater movement in a narrow (20 m) Spartina marsh which was flooded regularly by tidal waters. Soil composition and soil hydraulic properties did not vary across the marsh or with depth. Hydraulic head was monitored on a transect perpendicular to the creekbank. During exposure of the marsh surface, hydraulic gradients were predominantly horizontal; vertical gradients were small or zero. Subsurface flow was directed from the marsh interior toward the creekbank. Approximately 141 of pore water were discharged laterally to the adjacent tidal creek per meter of creekbank over a complete tidal cycle.A numerical hydrological model was modified to simulate subsurface hydraulics in the creekbank vicinity of regularly flooded tidal marshes. The model was parameterized to represent soil conditions, tidal fluctuations and topography at the field site. Observed changes in hydraulic head over complete tidal cycles were accurately predicted by the model. Model simulations identified the vertical infiltration of creek water into the marsh surface at the onset of tidal flooding as the primary source (66%) for the replacement of water drained at the creekbank. Significant replacement (31%) also occurred as discharge from the interior marsh. Horizontal recharge at the creekbank was minimal (3%).A sensitivity analysis was conducted with the model to assess the relative importance of geomorphological factors and soil properties in controlling pore water export at the creekbank of tidal marsh soils. Each parameter was varied systematically over a realistic range for field conditions. Changes in marsh elevation exerted greater control over creekbank discharge than changes in soil hydraulic properties. More rapid turnover of pore water near creekbanks of higher elevation marshes is hypothesized.     

天然河道非恒定流数学模型原理及应用

利用Preissmann四点带权隐式差分技术,建立了天然河道非恒定流数值计算模型。并对计算中所涉及的一些关键技术问题进行了较为详细的阐述。由黄河下游282km河段、历时130d的数值模拟结果显示,计算流量过程线与沿途水文站实测值吻合良好,进而说明本模型能够用于天然河道洪水演变计算。     

Refined Modeling of Water Temperature and Salinity in Coastal Areas

The prediction of water temperature and salinity in coastal areas is one of the essential tasksin water quality control and management.This paper takes a refined forecasting model of water tempera-ture and salinity in coastal areas as a basic target.Based on the Navier-Stokes equation and κ-ε turbu-lence model,taking the characteristics of coastal areas into account,a refined model for water temperatureand salinity in coastal areas has been developed to simulate the seasonal variations of water temperatureand salinity fields in the Hakata Bay,Japan.The model takes into account the effects of a variety ofhydrodynamic and meteorological factors on water temperature and salinity.It predicts daily fluctuationsin water temperature and salinity at different depths throughout the year.The model has been calibratedwell against the data set of historical water temperature and salinity observations in the Hakata Bay,Japan.     

珠江河口一维河网、三维河口湾水动力连接计算

对珠江河口一维河网和三维河口湾斜压模型的水动力连接计算进行了研究。通过一维河网求解公式递推出口门连接处水位、流量关系式,然后依据三维模型计算得到口门连接处流量值,根据口门连接处的水位及流量连接条件计算出口门连接处的水位值,以此水位作为边界条件分别计算一维河网和三维河口湾斜压模型,实现了一维和三维斜压模型的水动力连接计算。对模型的连接计算进行验证对比,结果基本令人满意。